Carga Termica

 

CARGA TÉRMICA. GENERALIDADES PARA CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA.

Qt

=

 Qp Qpr  r   + Qc Qcr  r   + Qe Qem m  + Qt Qtr  r  + Qu

 Qe  + Qin  + Qoc  + Qrs 

+

Donde: Q, = Carga térmica total

Qpr = Carga térmica del producto Qpr  Qcr = Calor de respiración del producto Qem=Calor debido al embalaje Q, = Transmisión de calor en paredes no afectadas afectadas por la radiación solar Qu = Carga térmica debido al sistema de iluminación Q, = Carga térmica debida ala maquinaria y equipo Q, = Carga por infiltración infiltrac ión de aire ambiental a través del acceso a la cámara  Qoc=Calor liberado por los trabajadore trabajadoress Qrs= Transmisión de calor  en paredes afectadas afectadas por la radiación solar

Una vez, que hemos identificado dichas cargas térmicas procedemos a analizar la naturaleza de cada uno de ellas: CARGA TÉRMICA DEL PRODUCTO Para calcular esta carga utilizaremos la temperatura temperat ura de conservación del producto y la temperatura a la que entra el producto a la cámara frigorífica, así, como también, el calor especifico del producto con base a la ecuación: Qpr

= mCep(Tpe- T,d  )  )

donde: Qpr = Carga térmica del producto. Qpr  m = Masa del producto. C ep= Calor específico del producto. Tpe= Temperatura del producto ala entrada al almacén frigorífico. T,,= Temperatura de conservación del producto.

 

Temperatura del producto a la entrada del almacén frigorifico: Es la temperatura que  posee el producto producto después después de que se ha lavado y secado, y es ligeramente inferior inferior a la temperatura ambiental. Temperatura de conservación: Es  la temperatura en que el producto conserva sus característicass fisicoquí característica fisicoquímicas micas por un periodo determinado. determinado. Factor derapidez de enfriamiento: Durante la primera parte del periodode enfriamiento, la caga del equipo en Btu por hora es considerablemente mayor que la carga promedio horaria del producto calculada. Debido a la gran diferencia de temperatura que se tiene entre el producto y el aire del espacio refrigerado a principio del periodo de enfriamiento, la rapidez de enfriamiento es mayor y la carga del  producto tiende a concentrarse enla primera primera parte del periodo de enfriamiento. enfriamiento. Por lo tanto, cuando la selección del equipo se basa en la suposición de que la carga del  producto está está eventualmente eventualmente distribuida distribuida sobre sobre el periodo completo completo de enfriamiento, enfriamiento, el equipo así seleccionado tendrá capacidad insuficiente parallevar la cargadurante los  pasos iniciales iniciales de enfriamiento que es cuando cuando se tiene el pico más más alto de la carga del  producto.

 

Para compensar la desigual distribución de la carga de enfiiamiento, se introduce a veces un factor de rapidez de enfriamientoenal cálculo de la carga deenfriamiento. Elefecto del factor de rapidez de enfriamiento incrementa el valor de la carga del  producto de modoque la carga de enfriamiento promedio horaria sea aproximadamente igual a  la que correspondaa la condición de pico máximo. Este resultado conduce a la selección de un equipo mas grande, con suficiente capacidad  para mantenerla carga durante los periodos iniciales de enfriamiento

 

CALOR DE RESPIRACIÓN DEL PRODUCTO Debido a quelasfrutasdesprendenconstantementecalor y aún en condiciones de almacenamiento como consecuencia de los procesos fisiológicos que se dan en el  producto es prescindible evacuar este calor. La carga por este multiplicando la masa del a la temperatura  producto a conservar porconcepto el calor c alor se de obtiene respiración del producto referido de conservación dada. Esto es:  

Qcr = m

donde: Qcr = Calor de respiración del producto. Qcr  m = Masa del producto. Cr = Calor de respiración. CARGA TÉRMICA DEBIDO AL EMBALAJE

El embalaje utilizado para contener el producto también incrementara la carga térmica por tanto también debe de calcularse. Se calcula de una manera Similar al de carga térmica del producto y con las mismas condiciones de temperatura. Por tanto, definimos esta ecuación como: Qem Qe m= mC  mCe em( T ee - Tco  Tco))  

donde: Qem= Carga térmica por embalaje. Qem m = Masa del embalaje. Cem = Calor especifico del embalaje. Tee = Temperatura de entrada del embalaje. Tco = Temperatura de conservación de la naranja.

 

TRANSMISIÓN DE CALOR EN LAS PAREDES NO AFECTADAS POR LA RADIACIÓN SOLAR Ya que la temperatura del aire exterior será mayor que el aire interior, esto ocasiona un flujo de calor hacia el interior. Para disminuir este flujo de Calor se construyen barreras adecuadas con materiales de construcción y aislantes de tal forma lograr ahorrar energíaypor consiguiente minimizar los costos de operación.  Normalmente, el calor transmitido se considera comoun flujo de calor por conducción y es importante mencionar que además de paredes existe una capa de aire que impide también el flujo de calor y por lo tanto se debe de considerar. En general y parasuperficies planas Qcond = (K A(Te A(T e - Ti))/E   y la transferenciade calor por convección esta dada por: =

QconY   h  hA(AT A(AT))

 

donde: Qcond = Transmisión de calor en paredes no afectadas porlaradiación solar. QconY = Transmisión de calor por convección. K = Factor de conductividad térmica. h = Coeficiente de transferencia de calor convectivo.  A = Área de transferencia. Te = Temperatura exterior. Ti = Temperatura interior. E = Espesor del material.

Por lo tanto la cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a través de las paredes de un espacio refrigerado, es función de tres factores de tres factores cuya relación se expres através dela siguiente ecuación: Qh= A  AU( U(A A T)   Donde: e= Cantidad de calor transferido en  Btu por  por hora.  A = Área de la superficie de la pared externa. (pies cuadrados). U = Coeficiente total de transmisión de calor en  Btu  por por hora por pie cuadrado por grado Fahrenheit.  AT=  A T= Diferencia de temperatura a través de la pared en grados Fahrenheit. AISLANTES.

 

Definimos a los aislantes como los materiales que presentan gran resistencia al flujo de calor bajo ciertas condiciones de temperatura. Se puede decir que un buen aislante es el que cumple con las siguientes especificaciones: a).- Alta eficiencia térmica: Es decir, quetenga un bajo volumen de conductividad térmica, entendiéndose por conductividad térmica, a la cantidad de calor que un material permite fluir, bajo ciertas condiciones especiales de espesor, área y  temperatura. A esta resistencia térmica le conoce como el factor K,  y se expresa en unidades del sistema inglés: K   (=BTU/ft^2 h°F)  Se puede considerar que un material como aislante adecuado, cuando el valor de K  en  en el sistema inglés tengaun valor por debajode 0.30.

b).- No  No inflamable c).- No debe de favorecer la corrosión o producir moho. d).-moja. Debe de tener baja capacidad de absorción de agua y no debe de retenerla cuando se e).- Debe tenerpoco peso f) Debe de tener resistencia mecánica apropiada g).- Debe detener una superficie tal que permita colocar algún acabado  exterior. h).- Debe de ser económico.

 

CARGA TÉRMICAPOR ILUMINACIóN ALUMBRADO En los sistemas de refriger refrigeración ación existen equipos eléctricos de Iluminación que ceden energía al recintoa refrigerar en el momento de operar. La cantidad de calor que liberan se obtienen directamente de la equivalencia de  potencia eléctrica con la potencia potencia térmica térmica esto es:

1 Watt = 3.413 BTUh Todos los sistemas de iluminación ya seanincandescentes o  fluorescentes  básicamente transformanla transformanla energía eléctrica que reciben para  su operación en calor, el cual se desprende en su totalidad en el interior del local, por lotanto la siguiente ecuación nos permite calcular la ganancia de calor por alumbrado: Qa  3.413  3.413NI NI (N (Nw w) =

 

donde: Qa = Carga

por iluminación.  3.145  3.1 45 = Factor de conversión de Watts a BTUh. N I = Número  Número de de lamparas. N w = Número  Número de Watts.  A L  EQUIPO CARGA TÉRMICA DEBIDA AL Carga por motores eléctricos= F actor actor de equi uiva valenci lenciaX aX Pot P ote encia nci a e en n caballos

De la tabla que aparece en apéndice A l , se obtiene el calor cedido por motores eléctricos . El calor liberado por motores y  sus máquinas conducidas afectanal medio enfriado de tres formas: 1 .- Si el motor y la maquina accionada por el están dentro del local enfkiado. Para ello se usan los factores de la primera columna (cargaconectadaen espaciorefrigerante), estos implicanquetanto la salidaútil y  pérdidas del motor son disipadas dentro del espacio refrigerado, como por ejemplo, motores impulsando ventiladores para unidades enfriadores con circulación forzada.

2. - Siel motorestafueradel local y la máquina accionadaesta dentrodel  local. Para ello se utiliza la segunda columna (pérdidas exteriores por motor), lo cual implica que las  pérdidas del motor son disipadas fuera del espacio refrigerado y  el trabajo útil del

 

motor es aprovechado dentro del espacio refrigerado, por ejemplo un motor instalado instalado fuera del espacio refrigerado impulsando un ventiladorpara la circulación del aire dentro del espacio refrigerado.  3.- Si el motor esta dentro del local y la máquina accionada esta fuera del local. Para ello se utiliza la tercera columna (carga conectada al exterior), esto significa que  trabajolasútilpérdidasde son disipadas dentro del espacio refrigerado refrigerdentro ado ydel   el se tiene fueracalor del espacio refrigerado, por ejemplo un motor espacio refigerado impulsando una bomba instalada fuera del espacio refrigerado.

CARGA TÉRMICA POR INFILTRACIÓN CARGA TÉRMICAPOR  CAMBIOS  CAMBIOS DE AIRE. La ganancia de calor en el espacio refkigeradocomoresultadode los cambios de aire es dificil de calcular con exactitud, excepto erí algunos pocos casos en que se conoce la cantidad de aire introducido al espacio para fines de ventilación. Cuando se conoce la masa de aire exterior que entraal espacio en un periodo de 24 horas, el calor ganado dentro del espacio como resultado de loscambios de aire dependede la diferencia deentalpíasdelairealas condiciones interiores y exteriores, y  puede calcularse aplicando la siguiente ecuación: Carga por cambiode aire = m(  - hi ) ................... ................................ .............

(8).

Donde: m = Masa de aire que entra en24 horas al espaciorefigerado (lb/24). h, = Entalpía del aireexterior (Btu/lb). hi= Entalpía del aire interior(Btu/lb). Sin embargo, ya quelas cantidades de aire porlo general se dan en pies cúbicos en vez de libras, para facilidad de los c6lculos, se cuenta con tablas quedanuna lista de la ganancia de calor por pie cúbico de aire que entra al espacio para par a varias condiciones  A 2. interioresy exteriores en el apéndice A2. Para calcular la carga por cambio de aire en Btu por hora, se multiplica la cantidad de aire en pies cúbicos por hora por el factor apropiado obtenido en las tablas  A2. 2. del apéndice A

CARGA TÉRMICA POR POR INFILTRACIÓN A TRAVÉS DE PUERTAS. La infiltración representa un intercambio de calor originado por la entrada del aire del exterior al interior de la cámara frigorífica. Esta carga es ocasionada en el

 

momento de abrir las puertas, o  en su  caso ventanas 0  cualquier otro medio que comunique con el exterior. La cantidad de aire exterior queentraal espacio en un periodode 24 horas debido apuertas que son abiertas, dependedelnúmero,tamaño y localización de la puerta o   puertas y sobretodo a la frecuencia y el tiempo que  laspuertasquedanabiertas.Debidoaque el efecto combinado de estos factores varía con cada instalaciónen particular y  a que es dificil predecir con exactitud razonable,es  practica general estimar la cantidad de cambios de aire en basea la experienciatenidaenaplicacionessimilares. La experiencia ha demostrado que, como regla generalla fiecuencia y duración de la apertura de puertas y, por lo tanto, la cantidad de cambios de aire, depende del volumen interior del enfriador y el tipo de uso, para ello se cuenta con tablas quedan una lista delnúmerode cambios de airepor 24 horasparaenfriadoresde diferentes tamaños, estas se muestran enel apéndice A3. La ASRE Data Book  define  define el uso promedio y pesado como sigue:  promedio:  promedio : Incluye Incluyemanejados instalaciones instalacioenel nes no sujetas a temperaturas temperatura s extremas y donde la Uso cantidad de alimentos refrigerador no es irregular.

Uso  pesado: Incluye instalaciones instalaciones tales como las que se tienen en mercados  muy concurridos, cocinas de restaurantes y hoteles donde las temperaturas del cuarto son  probablemente  probablem ente altas, donde se colocan en forma precipitada precipitada cargas pesadasen pesadasen el refrigerador y  dondecon frecuencia se colocan grandes cantidades de alimentos calientes.

 

CARGA TIhMICA DEBIDA  A  AL L   PERSONAL QUE LABORA EN EL INTERIOR DEL RECINTO. El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad está desprendiendo calor, aúncuando no se realice actividadalguna, el simplehechodequesu organismotrabajeparamantenerlo es suficienteparaqueliberecalor. La energía cedida porlos ocupantes está en función de la actividad que desarrolla dentro de la cámara. En el apéndice A4 se muestran valores en una tabla,paracondiciones de trabajo equivalente aun trabajo rudo, desarrollado dentro dela cámara. Para calcular la carga térmica cedida porlos ocupantes basta con identificar el equivalente de calor por persona en la tabla correspondiente de acuerdo conla temperatura interna dela cámara y a este valor multiplicarlo porel número de ocupantes. Esto es:

Qoc= Np(Cd)   donde: Qoc = Carga térmica producida porlos ocupantes Qoc  Np = Numero  Numero de personas personas Cd = Calor disipado por persona

CARGA TÉRMICA DEBIDA A LA RADIACION SOLAR   Cuando, las paredes de un enfriador están están situadas de tal manera que rreciben eciben una cantidad excesiva de calor por radiación solar, por lo general la temperatura en la superficie exterior de la pared es considerablemente mayor a la temperatura del aire ambiental. Un ejemplo muy común de este fenómeno es el aumento excesivo excesivo de la temperatura en un automóvil automóvil cuando está estacionado estacionado y expuestoa los rayossolares. rayossolares. La temperaturaen la superficie metálica es mucho mayor quela del aire quela rodea. La diferencia detemperaturaentre la superficie y el aireque la rodea dependende la cantidaddeenergíaque choca contra la superficie y de la reflectividad de la superficie. Las superficies lisas y de colores claros reflejan más y absorbenmenosenergíaradiantequelassuperficies obscuras y de textura rugosa, bajo las misma s condiciones de radiación solar.

 

Debido a que cualquier incremento 'que se tenga enla temperatura de la superficie exterior haráque se incremente el diferencial detemperatura a través de la pared, el diferencial de temperatura a través de paredes soleadas deberá ser corregido para compensarel efecto solar.